文档介绍：湘潭大学
硕士学位论文
超声波/零价铁协同降解氯代有机物特性及QSAR研究
姓名:张良长
申请学位级别:硕士
专业:环境工程
指导教师:戴友芝
20080605
摘要
超声波-零价铁联用技术集超声高级氧化、零价铁还原于一体,能有效去除废水中
持久性有机污染物。本文试图构建超声波/零价铁协同体系(US/Fe0),以氯代有机物为
目标污染物,考察两者的协同效应,系统而深入的研究各主要控制参数对该体系中氯代
有机物降解的影响规律;并以 US/Fe0 体系水溶液特性为研究对象,探讨两者协同作用
机理;引用 QSAR 研究方法,建立氯代有机物在协同体系中的降解活性与分子结构之间
的定量关系模型。
本文选择三氯甲烷(CHCl3)、1,2,4-三氯苯(TCB)、2,3,4,6-四氯酚(TeCP)为目标
污染物,考察其在 US/Fe0 体系中降解速率,证明超声波与零价铁之间存在明显协同效
0
应,三种目标污染物降解速率依次为 TCB > TeCP > CHCl3。系统研究了 Fe 投加量、溶
液初始 pH、目标污染物初始浓度、超声功率、溶液离子强度对三种目标污染物降解速
率的影响,结果表明:①Fe0 量对三种目标污染物在 US/Fe0 体系中的降解速率影响均存
在一最佳值;②其他四个控制参数的影响随目标污染物不同而存在不同的影响规律,其
一般性规律可以归结为,pH 中性条件对降解有利、降解速率随着超声功率的增大而增
大;③综合各控制参数对三种目标污染物降解速率的影响,可以推断 CHCl3 的降解主要
以超声空化泡内热解为主,Fe0 还原作用对 TCB 的降解有着相对较大的影响,TeCP 的
降解则主要以主体溶液中的·OH 氧化为主。US/Fe0 体系水溶液中 pH 值、Fe 离子、·OH 及
0 -1 0
H2O2 浓度间存在着动态平衡;Fe 量 2g·L 时体系·OH 及 H2O2 生成量最大,此时 Fe
对超声空化氧化效应的促进作用最大;pH 碱性条件下有利于体系中·OH 及 H2O2 生成。
在此基础上测定了 31 种氯代有机物(9 种氯代脂肪烃、8 种氯苯、14 种氯酚)在
US/Fe0 体系中的拟一级降解动力学常数,通过量子化学计算手段及相关实验数据库获得
49 种氯代有机物(18 种氯代脂肪烃、12 种氯苯、19 种氯酚)的 31 个分子结构参数,
采用 PLS 统计学方法,建立了稳健性好、预测能力强的氯代脂肪烃 QSAR、氯苯类 QSAR、
氯代有机物总体 QSAR 等四个模型,并通过模型预测出 49 种氯代有机物在 US/Fe0 体系
中的降解速率常数。三类氯代有机物在协同体系中的降解速率大体遵循如下顺序:氯苯
类>氯代脂肪烃类>氯酚类。通过模型分析可以得出:所选择的 31 个分子结构参数中,
描述氯代有机物中 C-Cl 键性能的电性参数(分子中最正氢原子电荷、最负碳原子电荷
以及与最负碳原子相连的 Cl 原子电荷),描述分子整体性质的能量参数(分子零点能、
分子热能、分子动能、分子势能),以及辛醇水分配系数对模型贡献最大;并从理论上
进一步分析论证了氯代脂肪烃与氯苯类物质在 US/Fe0 体系中的降解途径。
关键词:超声空化;铁;有机废水;定量结构-活性;偏最小二乘
I
Abstract
bination of ultrasound and element iron convenes the advanced ultrasonic
oxidation and Fe0 reduction together, and could effectively remove POPs from wastewater.
This paper attempts to establish bined system of ultrasound and Fe0 (US/Fe0), and
anics are chosen as target pollutants to study the synergetic effect between US
and Fe0. The mechanism for system parameters influencing on the degradation of chlorinated
organics are deeply studied in this paper. And the synergetic mechanism is investigated
through researching the characteristics of water solution